EH36船用中厚板多層多道焊接過程及焊后激光噴丸強(qiáng)化焊縫的分析.pdf

1、為實(shí)現(xiàn)船舶及海工結(jié)構(gòu)的輕量化、耐腐性和結(jié)構(gòu)安全性，常采用中厚高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)板。EH36為常用的船舶高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，不僅具有較好的低溫沖擊韌性，而且具有優(yōu)良的耐腐蝕和抗疲勞性能。但是中厚板焊接工藝和過程是非常復(fù)雜的，同時(shí)由于焊接殘余應(yīng)力和變形的存在會(huì)造成焊接裂紋和焊接接頭強(qiáng)度降低，并會(huì)進(jìn)一步地影響焊接結(jié)構(gòu)的承重能力，因此常對(duì)焊接結(jié)構(gòu)做焊后強(qiáng)化處理。本文對(duì)船用結(jié)構(gòu)鋼EH36中厚板的多層多道焊接過程、焊接區(qū)域劃分理論和焊后激光噴丸強(qiáng)化方面進(jìn)行了研究

2、，并通過試驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證，使其能夠滿足焊接接頭的力學(xué)性能和其他技術(shù)要求。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)闡述了焊接溫度場(chǎng)、應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)的分析理論，并進(jìn)一步分析了焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)理及焊后殘余應(yīng)力的計(jì)算;闡述了激光噴丸強(qiáng)化的基本原理，并進(jìn)一步對(duì)激光噴丸誘導(dǎo)殘余應(yīng)力場(chǎng)的形成以及激光噴丸誘導(dǎo)殘余壓應(yīng)力的估算做了分析，為后續(xù)的焊接和激光噴丸試驗(yàn)和模擬提供了有利的參考。
　　(2)建立了EH36船用結(jié)構(gòu)鋼板CO2氣體保護(hù)焊溫度場(chǎng)的

3、三維動(dòng)態(tài)分析模型。以12mm厚板為研究對(duì)象，建立Y型坡口對(duì)接多層多道焊模型，采用順序耦合方法和雙橢球熱源模型，考慮材料的熱物理性能和對(duì)流散熱、輻射散熱的影響，使用生死單元技術(shù)模擬焊接過程中焊劑的加入，通過計(jì)算獲得了焊接溫度場(chǎng)的分布規(guī)律。建模過程中，通過Fortran和Python語言對(duì)模型進(jìn)行二次開發(fā)，簡(jiǎn)化模擬求解過程。
　　(3)提出了適用焊接溫度場(chǎng)分析的中厚板多道焊區(qū)域劃分理論和實(shí)施方法，對(duì)多道焊溫度場(chǎng)的分布規(guī)律以及區(qū)域劃分時(shí)

4、典型節(jié)點(diǎn)的選取方法進(jìn)行研究。通過數(shù)值分析方法驗(yàn)證溫度場(chǎng)區(qū)域劃分思想，為焊接過程、焊后組織性能及殘余應(yīng)力的分析提供了依據(jù)。
　　(4)在焊接溫度場(chǎng)分析的基礎(chǔ)上，采用間接耦合法進(jìn)行焊接熱應(yīng)力分析，得到了單元節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)分布情況。重點(diǎn)研究了不同工藝參數(shù)（約束條件、預(yù)熱溫度、層間冷卻時(shí)間、坡口形式、板厚）對(duì)焊接誘導(dǎo)殘余應(yīng)力和變形的影響規(guī)律。
　　(5)在焊接應(yīng)力場(chǎng)分析的基礎(chǔ)上，建立了激光噴丸數(shù)值分析模型，考慮激光誘導(dǎo)沖擊波的時(shí)空

5、分布、高應(yīng)變率下金屬材料的本構(gòu)特征，并通過計(jì)算得出激光噴丸EH36船用焊接鋼板后形成的殘余應(yīng)力場(chǎng)。重點(diǎn)研究了不同工藝條件（激光能量、脈寬、光斑直徑）下，激光噴丸對(duì)焊接殘余應(yīng)力場(chǎng)的影響規(guī)律。
　　(6)對(duì)EH36船用結(jié)構(gòu)鋼板進(jìn)行CO2氣體保護(hù)焊接試驗(yàn)，利用熱電偶測(cè)溫儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)焊接過程中測(cè)量點(diǎn)的溫度變化;使用高功率Nd∶YAG激光器對(duì)焊后的EH36船用結(jié)構(gòu)鋼板表面進(jìn)行激光噴丸強(qiáng)化試驗(yàn)，運(yùn)用X射線衍射方法測(cè)量焊接后和激光噴丸后的殘余應(yīng)力